Aerosoliryhmän tutkijoiden etätyöpiste siirtyi viime syksynä hetkeksi Kuopiossa Puijon torniin ja mäkimonttuun. Laajaan EU-projektiin liittyneiden kenttämittausten avulla tutkitaan ilmakehän hiukkasia ja pilvipisaroiden syntyä.
Puijon tornissa pilvipisaroita voidaan tutkia pilven sisällä, ja siksi monia muitakin aiheeseen liittyviä pitkiä aikasarjojen mittauksia on tehty siellä vuosien saatossa. Tornissa sijaitsee muun muassa Itä-Suomen yliopiston ja Ilmatieteen laitoksen yhteinen SMEAR IV -asema.
—Puijon torni on paras paikka tällaiseen tutkimukseen. Siellä on jo paljon valmista tutkimusinfraa, joten jouduimme viemään sinne vain lisätietoa antavat laitteet, tutkijatohtori Iida Pullinen kertoi.
—Meillä oli samat mittauslaitteet tornissa ja alhaalla mäkimontun mittauskontissa.
Syksyn mittauksissa oli mukana tutkijoita Saksasta ja Ruotsista, Helsingin yliopistosta ja Ilmatieteen laitokselta. Suomessa koronatilanne oli hyvä ja mittaukset voitiin onneksi tehdä, toisin kuin Italiaan suunnitellut talvimittaukset.
—Jouduimme silti tekemään niitä koronan vuoksi alimiehityksellä. Oli tosi työlästä saada kaikki laitteet toimimaan, väitöstutkija Arttu Ylisirniö sanoi.
Tutkimuksessa selvitetään muun muassa ilmakehän kaasujen koostumusta, sekä pienhiukkasten lukumäärää ja kemiallista koostumusta. Pilvipisaratutkimuksessa mitattiin kuinka tehokkaasti pienhiukkaset toimivat pilvipisaroiden tiivistymisytiminä.
—Meillä on saatavilla paljon aiempaa mittausdataa tornista, Pullinen totesi.
Tutkimme samalla ilmanlaatua, ja Kuopiossa se on vielä onneksi hyvä.
Iida Pullinen
Tutkijatohtori
Tällä hetkellä dataa analysoidaan ja muokataan, jotta sitä voidaan käyttää jatkossa ilmastomalleissa.
—Ensimmäiset alustavat tulokset on jo raportoitu rahoittajalle, mutta datan prosessointi ja analysointi jatkuvat ja tiivistyvät entisestään tästä eteenpäin. Seuraavana vuorossa on alustavien tulosten käyttäminen mallinnuksessa, ja selvittäminen miten sitä kautta voidaan lisätä ymmärrystä havaituista prosesseista, Pullinen kertoi.
—Pilvipisara on ilmakehässä oleva alle 100 mikrometrin (1*10 ^-6m) kokoinen pisara, joista kaikki ei-satavat pilvet muodostuvat. Pilvipisara muodostuu, kun ilmakehässä oleva vesihöyry tiivistyy ilmassa olevan pilviytimen ympärille, tutkijat kuvailevat.
— Pilviytiminä voivat toimia muun muassa ilman orgaaniset tai epäorgaaniset hiukkaset ja epäpuhtaudet, eli käytännössä mikä tahansa hiukkanen, johon vesihöyry voi tiivistyä. Ilman pilviytiminä toimivia pienhiukkasia maapallolla ei todennäköisesti olisi pilviä.
—Yksi Puijolla tutkituista asioista oli se, kuinka hyvin erilaiset ilmakehässä olevat hiukkaset toimivat pilviytiminä, ja mistä ominaisuuksista erot johtuvat. Pilvipisaran yläkokoraja tulee siitä, että suuremmat kuin 100 mikrometriä halkaisijaltaan olevat ”pilvipisarat” kokevat yleensä maan vetovoiman jo sen verran voimakkaasti, että ne alkavat pudota maata kohti. Silloin kyseessä ei ole enää määritelmällisesti pilvipisara, vaan niin sanottu hydrometeori, eli sadepisara.
—Hyvin useat mittaustulokset ovat niin sanottuja aikasarjoja, etenkin siinä vaiheessa, kun mittauksia tehdään. Termillä aikasarja viitataan mittausaineistoon, jossa haluttu muuttuja, kuten esimerkiksi lämpötila, hiukkaspitoisuus tai lumensyvyys tallennetaan yhdessä tiedon kanssa siitä mihin aikaan mittaustulos on tehty, tutkijat kertovat.
—Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että muuttujan voi piirtää kuvaajaan ajan funktiona, josta voidaan analysoida tapahtuuko mittausjakson aikana havaittavia muutoksia. Yhdistettynä muiden mittaustulosten kanssa siitä voi yrittää päätellä, mistä havaitut muutokset voisivat johtua.
—Aikasarjat voivat olla minkä mittaisia vain. Alle minuutin mittaisilla aikasarjoilla tutkitaan hyvin nopeita kemiallisia tai fysikaalisia reaktioita, usean vuoden aikasarjoilla taas ilman hiukkaspitoisuuksia Kuopiossa. Maapallon keskilämpötilan mittaukset voivat olla satoja tuhansia vuosia ja koostettu useasta eri aikasarjasta. Näistä suurin osa on tuotettu muulla kuin suoralla mittauksella.
—Monella tieteenalalla pitkien aikasarjojen hyöty tulee nimenomaan siinä, että kun samaa muuttujaa on mitattu yhtäjaksoisesti usean vuoden ajan, on mahdollista havainnoida hitaita muutoksia, jotka muuten hukkuisivat lyhyen aikavälin normaalivaihteluihin. Jälleen kerran lämpötila on hyvä esimerkki: lämpötila vaihtelee suuresti vuoden aikana, minkä lisäksi esimerkiksi jouluaaton lämpötilat voivat vaihdella suuresti vuosien välillä. Jos mittauksia tehdään vuosikymmenien ajan, on mahdollista analysoida onko keskimääräinen jouluaaton lämpötila laskenut, noussut vai pysynyt lähes samana.
—Pitkät aikasarjat ovat myös hyödyllisiä vertauskohtia mallinnuskokeille, joissa testataan kuinka hyvin nykyinen käsitys muuttujan takana olevista prosesseista vastaa todellisuutta, eli kuinka hyvin mallintamalla pystytään tuottamaan oikeita mittaustuloksia vastaavat mallinnustulokset.
Vuosi sitten käynnistynyt FORCeS-projekti jatkuu vielä vuoteen 2023 saakka.
Iida Pullinen ja Arttu Ylisirniö
Aerosolitutkijat
